本技术涉及一种原子级IrO2负载型水分解催化剂及其制备方法和应用,属于催化剂制备技术领域。该方法通过将铱基前驱体溶解于超临界流体中,实现原子尺度的均匀分散,制备出高效的IrO2担载型电解水催化剂。该催化剂具有优异的催化性能和稳定性,可广泛应用于水分解制氢领域。
背景技术
在氢能技术迅猛发展的背景下,质子交换膜电解水技术(PEMWE)耦合可再生能源是最重要的绿氢生产方式之一,正受到广泛关注。然而,高成本问题成为制约其广泛应用的主要障碍。当前,我国绿氢生产成本高达30元/kg,远超灰氢的10元/kg。尽管新能源技术的发展有望降低PEMWE的运营成本,但投资成本,尤其是质子交换膜电解槽的成本,仍具有显著的规模经济特性。在大规模生产中,催化剂成本(尤其是阳极催化剂)逐渐凸显,成为影响电解槽总成本的关键因素。目前,质子交换膜电解槽膜电极阳极催化层使用的铱载量约2mg/cm2
。如果生产1GW的质子交换膜电解槽,铱消耗量约为1吨。根据当前期货市场上铱的价格,催化剂成本占电解槽总成本的30%-40%。因此,在维持高电流密度和高电解效率的基础上,有必要对阳极催化剂层进行优化,降低催化剂的载量。
当阳极催化层的铱载量降低时,催化层厚度降低,扩散层和催化层的接触电阻增加,电解效率降低。因而,担载型催化剂能有效暴露更多活性位点、降低铱的堆叠密度、增加催化层的厚度,被国内外学者广泛研究。例如,已有大量文献报道二氧化钛担载二氧化铱催化剂作为PEM电解水阳极催化剂,但二氧化铱担载量仍高达45%以上。
实现思路